Khảo sát hệ thống làm mát động cơ d226b 4d

Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi do kết cấu đơn giản và đặt tính lưuđộng đối lưu đã nói ở trên nên hệ thống này được dùng cho các động cơ đốt trongkiểu xilanh nằm ngang, đặc biệt

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập-Tự do- Hạnh phúc

-***** - -

Khoa : Cơ khí giao thông

Bộ môn: Máy động lực

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên : Trương Chí Thọ

I Tên đề tài

KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ D226B- 4D

II Số liệu ban đầu:

III Nội dung phần thuyết minh và tính toán

- Mục đích và ý nghĩa của đề tài

- Tổng quan về hệ thống làm mát động cơ

- Khảo sát hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D

- Kiểm tra và chẩn đoán hư hỏng hệ thống làm mát của động cơ

- Tính toán nhiệt, xây dựng đồ thị công động cơ D226B- 4D

- Tính toán, kiểm nghiệm quạt gió, bơm nước, két làm mát của động cơD226B- 4D

- Lập quy trình công nghệ chế tạo trục bơm nước

- Bản vẻ các chi tiết hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D (A3)

- Bản vẻ chế tạo trục bơm nước (A3)

V Ngày giao nhiệm vụ: 19 - 2 -2009

VI Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 29 - 05 - 2009

Thông qua bộ môn

Ngày tháng năm 2009 Ngày tháng năm 2009

Tổ trưởng bộ môn Giáo viên hướng dẫn

TS Dương Việt Dũng PGS.TS Trần Văn Nam

Kết quả điểm đánh giá

Ngày tháng năm 2009

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

Sinh viên đã hoàn thành và nộp toàn

bộ báo cáo cho bộ mônNgày tháng năm 2009

MỤC LỤC

Lời nói đầu Trang

1 Mục đích và ý nghĩa đề tài 1

2 Tổng quan về hệ thống làm mát động cơ 2

2.1 Mục đích và yêu cầu của hệ thống làm mát 3

2.2 Nhiệm vụ của hệ thống làm mát 3

2.2.1 Làm mát động cơ và máy nén khí 3

2.2.2 Làm mát dầu bôi trơn 3

2.3 Hệ thống làm mát bằng nước 3

2.3.1 Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi 3

2.3.2 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên 5

2.3.3 Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức 6

2.3.4 Hệ thống làm mát bằng nước ở nhiệt độ cao 9

2.3.5 Kết cấu các cụm chi tiết chính của hệ thống làm mát bằng nước 11

2.4 Hệ thống làm mát động cơ bằng không khí ( gió) 23

2.4.1 Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài 23

2.4.2 Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống làm mát bằng không khí .25

2.5 So sánh ưu khuyết điểm của kiểu làm mát bằng nước và kiểu làm mát bằng không khí 30

3 Giới thiệu khái quát về động cơ D226B- 4D 32

3.1 Giới thiệu về động cơ D226B- 4D 32

3.2 Các thông số của động cơ D226B- 4D 35

3.3 Thân máy 35

3.4 Nhóm trục khuỷu, bánh đà, piston, thanh truyền 37

3.5 Cơ cấu phân phối khí 39

3.5.1 Nắp xilanh 39

3.5.2 Bộ phận dẫn động đóng mở xupap 39

3.6 Hệ thống nhiên liệu động cơ D226B- 4D 40

3.7 Hệ thống bôi trơn động cơ D226B- 4D 43

3.8 Hệ thống cung cấp không khí và tăng áp cho động cơ D226B- 4D 44

4 Khảo sát hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D 45

4.1 Sơ đồ hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D 46

4.2 Các cụm chi tiết của hệ thống làm mát bằng nước động cơ D226B- 4D 46

4.2.1 Bơm nước 47

4.2.2 Van hằng nhiệt 48

4.2.3 Quạt gió 49

4.2.4 Két làm mát 50

4.2.5 Nắp két 51

4.2.6 Dung môi làm mát 53

4.3 Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục sửa chữa 54

4.3.1 Những điều cần chú ý khi làm việc trên hệ thống làm mát 54

4.3.2 Các hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa 54

4.4 Các phương pháp kiểm tra hư hỏng hệ thống làm mát 55

4.4.1 Kiểm tra và bổ sung nước làm mát 56

4.4.2 Kiểm tra hiện tượng rò rỉ nước của hệ thống làm mát 57

4.4.3 Kiểm tra hiện tượng tắc két nước 58

4.4.4 Kiểm tra van hằng nhiệt 58

4.4.5 Kiểm tra, điều chỉnh bộ truyền đai 58

4.4.6 Thông rửa hệ thống làm mát 59

4.5 Các phương pháp cấp, xả nước trong hệ thống làm mát 60

5 Tính toán nhiệt, xây dựng đồ thị công động cơ D226B- 4D 61

5.1 Tính toán chu trình nhiệt động cơ D226B- 4D 61

5.1.1 Thông số cho trước 61

5.1.2 Thông số chọn 61

5.1.3 Tính toán các thông số của các quá trình 62

5.2 Xây dựng đồ thị công 67

6 Tính toán kiểm nghiệm quạt gió, bơm nước, két làm mát của động cơ D226B- 4D 71

6.1 Tổng quan về lý thuyết truyền nhiệt qua vách có cánh 72

6.2 Các thông số của két nước, bơm nước và quạt gió 74

6.3 Tính toán kiểm tra két nước 75

6.4 Xác định lượng nhiệt động cơ truyền cho nước làm mát 77

6.5 Xác định lượng nhiệt két nước làm mát truyền ra môi trường 79

6.6 Tính kiểm nghiệm quạt gió 83

6.7 Tính kiểm nghiệm bơm nước 86

7 Lập quy trình công nghệ chế tạo trục bơm nước 88

7.1 Quy trình chế tạo 88

7.2 Các nguyên công chế tạo 88

Kết luận ……… 91

Tài liệu tham khảo……… ………… 92

LỜI NÓI ĐẦU

Được làm sinh viên là niềm mong ước của bao người sau khi học hết chương trình phổ thông Em rất may mắn được học tại khoa Cơ Khí Giao Thông, trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng

Sau những năm học tại trường, với sự hướng dẫn và dạy dỗ tận tình của quý thầy cô, em đã tích lũy được cho mình những kiến thức cơ bản của sinh viên ngành

Cơ Khí Động Lực Sau thời gian thực tập tốt nghiệp tại Công ty cổ phần chế tạo máy Dzĩ An- tỉnh Bình Dương, em thấy được vai trò rất quan trọng của Động Cơ để ứng dụng cho sự nghiệp công nghiệp hóa- hiện đại hóa của đất nước, em đã tìm hiểu rất nhiều về các hệ thống của động cơ để nó có thể làm việc tốt và hiệu quả Để hoàn thành chương trình học của mình, em chọn đề tài “Khảo sát hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D”, đây là động cơ được ứng dụng rất nhiều để sản xuất máy phát điện Vietgen tại công ty Trong quá trình làm đề tài, do kiến thức còn nhiều hạn chế, không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong được sự giúp đỡ và hướng dẫn của quý thầy cô Đặc biệt nhờ sự hướng dẫn trực tiếp của thầy Trần Văn Nam, em

đã hiểu thêm được rất nhiều vấn đề, em nhận thấy mình cần phải học rất nhiều nữa

để có thể trở thành người kỹ sư tốt được đào tạo tại trường

Cuối cùng, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trong trường, trong khoa đã tạo điều kiện tốt nhất để em hoàn thành được chương trình học của mình

Đà Nẵng: Ngày 28 , tháng 05 , năm 2009 Sinh viên thực hiện

Trương Chí Thọ

1 MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA ĐỀ TÀI

Đối với động cơ tĩnh tại cũng như động cơ sử dụng trên ôtô máy kéo, , đểcho động cơ làm việc ổn định và hiệu quả cao thì ngoài kết cấu hợp lý, các chi tiếtbền vững, đòi hỏi cần phải có sự làm việc tốt của các hệ thống như: Hệ thống nhiênliệu, hệ thống bôi trơn, hệ thống khởi động, hệ thống làm mát.… Vì vậy công suất,sức bền, tuổi thọ, hiệu suất làm việc của động cơ phụ thuộc rất lớn vào sự làm việccủa các hệ thống này

Trong thời gian thực tập tốt nghiệp tại Công ty cổ phần chế tạo máy Dzĩ tỉnh Bình Dương, đây là công ty chuyên sản xuất các loại máy phát điện, vì vậy việcchọn loại động cơ để phục vụ nhu cầu sản xuất của công ty là rất quan trọng Emnhận thấy động cơ D226B- 4D được sử dụng tại công ty là rất nhiều, đây là loạiđộng cơ do Trung Quốc sản xuất với công nghệ tiên tiến nhất trên thế giới Được sựgiúp đỡ của công ty, em đã khảo sát động cơ và nhận thấy hệ thống làm mát là rấtquan trọng và có ý nghĩa quyết định đến hiệu quả của động cơ Vì vậy, trong đồ ántốt nghiệp này em chọn đề tài Khảo sát hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D

An-Hình 1.1 Máy phát điện Vietgen sử dụng động cơ D226B- 4D.

Mục đích của đề tài là:

- Nắm vững các kiến thức về hệ thống làm mát cho động cơ đốt trong

- Khảo sát hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D Phương pháp kiểm tra sửa chữa

Thông qua việc làm đề tài này đã góp phần củng cố lại các kiến thức đã đượchọc và thực tập, giúp cho sinh viên có thể nghiên cứu, làm việc một cách độc lập

Từ đó, tạo điều kiện thuận lợi cho công việc sau này của người kỹ sư tương lai

cơ có nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháyrồi đến môi chất làm mát để đảm bảo cho nhiệt độ của các chi tiết không quá nóngnhưng cũng không quá nguội Động cơ quá nóng sẽ gây ra các hiện tượng như đãnói, còn quá nguội tức là động cơ được làm mát quá nhiều vì vậy tổn thất nhiệt chodung dịch làm mát nhiều, nhiệt lượng dùng để sinh công ít do đó hiệu suất nhiệt củađộng cơ thấp, ngoài ra do nhiệt độ động cơ thấp ảnh hưởng đến chất lượng dầu bôitrơn, độ nhớt của dầu bôi trơn tăng, dầu bôi trơn khó lưu động vì vậy làm tăng tổnthất cơ giới và tổn thất ma sát, ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và công suấtđộng cơ

Động cơ D226B- 4D có hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức,một vòng kín, nước tuần hoàn trong hệ thống nhờ bơm ly tâm được dẫn động từ trụckhuỷu

2.1.2 Yêu cầu của hệ thống làm mát

Đối với động cơ D226B- 4D cũng như các động cơ khác thì hệ thống làmmát phải thỏa mãn các yêu cầu sau:

- Làm việc êm dịu, tiêu hao công suất cho làm mát bé

- Bảo đảm nhiệt độ của môi chất làm mát tại cửa ra van hằng nhiệt ở khoảng83950C và nhiệt độ của dầu bôi trơn trong động cơ khoảng 95÷1150C.

- Bảo đảm động cơ làm việc tốt ở mọi chế độ và mọi điều kiện khí hậu cũngnhư điều kiện đường sá, kết cấu nhỏ gọn, dễ bố trí

2.2 NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT

2.2.1 Làm mát động cơ và máy nén khí

Hệ thống làm mát có nhiệm vụ chính là làm mát động cơ, bảo đảm động cơ

có nhiệt độ ổn định trong suốt quá trình làm việc Ngoài ra, hệ thống cũng có nhiệm

vụ không kém phần quan trọng đó là rút ngắn thời gian chạy ấm máy, nhanh chóngđưa động cơ đạt đến nhiệt độ làm việc Bên cạnh đó hệ thống làm mát còn làm mátcho máy nén khí nhằm tăng hiệu suất cho máy nén khí Đường nước làm mát máynén khí được trích từ đường nước chính làm mát động cơ

2.2.2 Làm mát dầu bôi trơn

Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt độ của dầu bôi trơn tăng lênkhông ngừng do các nguyên nhân cơ bản sau:

- Dầu bôi trơn phải làm mát các trục, tỏa nhiệt lượng sinh ra trong quá trình

ma sát các ổ trục ra ngoài

- Dầu bôi trơn tiếp xúc trực tiếp với các chi tiết máy có nhiệt độ cao như cò

mổ, đuôi xupáp, piston

Để đảm bảo nhiệt độ làm việc của dầu ổn định, giữ độ nhớt dầu ít thay đổi vàđảm bảo khả năng bôi trơn, vì vậy cần phải làm mát dầu bôi trơn Đường dầu bôitrơn được khoan song song với đường nước làm mát động cơ Khi nước làm mátđộng cơ đồng thời làm mát luôn cho dầu bôi trơn, nhằm hạ nhiệt độ cho dầu bôitrơn

2.3 HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC

Hệ thống làm mát bằng nước được chia ra nhiều kiểu khác nhau như: Làmmát bằng nước kiểu bốc hơi, kiểu đối lưu tự nhiên, kiểu tuần hoàn cưỡng bức vàlàm mát ở nhiệt độ cao Mỗi kiểu làm mát đều có những ưu nhược điểm khác nhau

và thích hợp cho từng điều kiện làm việc của từng động cơ

Hình 2.1: Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi.

1- Thùng nhiên liệu 2- Khoang chứa nước bốc hơi 3,4- Xupap 6- Thân máy

5- Nắp xilanh 8- Xi lanh

7- Piston 10- Trục khuỷu

9- Thanh truyền 11- Cácte chứa dầu

Khi động cơ làm việc, tại những vùng nước bao xung quanh buồng cháynước sẽ sôi Nước sôi có tỷ trọng bé hơn nên nổi lên trên mặt thoáng của thùng chứa

để bốc hơi ra ngoài khí trời Nước nguội trong thùng chứa có tỷ trọng lớn sẽ chìmxuống dưới điền chỗ cho nước nóng nổi lên, do đó tạo thành lưư động đối lưu tựnhiên Căn cứ vào nhiệt lượng của động cơ và cách bố trí động cơ đứng hay nằm đểthiết kế hệ thống kiểu bốc hơi này

Với việc làm mát kiểu bốc hơi nước, lượng nước trong thùng sẽ giảm nhanh,

do đó cần phải bổ sung nước thường xuyên và kịp thời Vì vậy, kiểu làm mát nàykhông thích hợp cho động cơ dùng trên phương tiện vận tải

Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi do kết cấu đơn giản và đặt tính lưuđộng đối lưu đã nói ở trên nên hệ thống này được dùng cho các động cơ đốt trongkiểu xilanh nằm ngang, đặc biệt các động cơ trên các máy nông nghiệp cỡ nhỏ

Nhược điểm của hệ thống làm mát này là thất thoát nước nhiều và hao mònxilanh không đều

2.3.2 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên

Trong hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên, nước lưu động tuần hoàn nhờ

sự chênh lệch áp lực giữa hai cột nước nóng và lạnh mà không cần bơm Cột nướcnóng trong động cơ và cột nước nguội trong thùng chứa hoặc trong két nước

4 3

2

1

Hình 2.2: Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên.

1- Đường nước 2- Xilanh

3- Đường dẫn nước vào két làm mát 4- Nắp két

5- Két nước 6- Quạt gió

7- Đường nước làm mát động cơ 8- Buồng cháy

Nước nhận nhiệt của xilanh trong thân máy, làm cho khối lượng riêng nướcgiảm nên nước nổi lên trên Trong khoang của nắp xilanh, nước tiếp tục nhận nhiệtcủa các chi tiết bao quanh buồng cháy: nắp xilanh, xupap… nhiệt độ của nước tiếptục tăng lên và khối lượng riêng nước tiếp tục giảm, nên nước nổi lên trên theođường dẫn ra khoang phía trên của két làm mát (5) Quạt gió (6) được dẫn độngbằng puly từ trục khuỷu động cơ hút không khí qua két Do đó, nước trong két đượclàm mát làm cho khối lượng riêng nước tăng, nước sẽ chìm xuống khoang dưới củakét và từ đây đi vào thân máy, thực hiện một vòng tuần hoàn

Độ chênh áp lực phụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước, do

đó cường độ làm mát có thể tự động điều chỉnh theo phụ tải Khi mới khởi động do

sự chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước nóng và nguội bé nên chênh lệch áp lựcgiữa hai cột nước bé Vì vậy, nước lưu động chậm, động cơ chóng đạt nhiệt độ ởchế độ làm việc Sau đó phụ tải tăng thì độ chênh lệch nhiệt độ của hai cột nướccũng tăng theo, tốc độ lưu động của nước cũng tăng theo Độ chênh áp lực cũng cònphụ thuộc vào hiệu độ chênh chiều cao trung bình của hai cột nước, do đó phải luônluôn đảm bảo mức nước của thùng chứa phải cao hơn ở nước ra của động cơ

Tuy nhiên, hệ thống có nhược điểm là nước lưu động trong hệ thống có vậntốc bé vào khoảng V = 0,120,19 m/s Điều đó dẫn đến chênh lệch nhiệt độ nướcvào và nước ra lớn, vì vậy mà thành xilanh được làm mát không đều Muốn khắc

phục nhược điểm này thì phải tăng tiết diện lưu thông của nước trong động cơ dẫnđến hệ thống làm mát nặng nề cồng kềnh Do vậy, hệ thống làm mát kiểu này khôngthích hợp cho động cơ ô tô máy kéo, mà thường được dùng trên động cơ tĩnh tại.

2.3.3 Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức

Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức khắc phục được nhược điểm trong hệthống làm mát kiểu đối lưu Trong hệ thống này, nước lưu động do sức đẩy cộtnước của bơm nước tạo ra Tùy theo số vòng tuần hoàn và kiểu tuần hoàn ta có cácloại tuần hoàn cưỡng bức như:

Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức một vòng kín

Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức một vòng hở

Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức hai vòng tuần hoàn

Mỗi kiểu làm mát có những nguyên lý làm việc, ưu nhược điểm, phạm vi sửdụng khác nhau

2.3.3.1 Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn một vòng kín

Hình 2.3: Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn một vòng kín.

1- Thân máy 2- Đường nước ra khỏi động cơ 3- Bơm nước 4- Ống nước nối tắt vào bơm

5- Nhiệt kế 6- Van hằng nhiệt

7- Két làm mát 8- Quạt gió

9- Ống dẫn nước về bơm 10- Bình làm mát dầu bôi trơn

Trên hình (2.3) là hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức của động cơ ô tômáy kéo một hàng xilanh Ở đây, nước tuần hoàn nhờ bơm ly tâm (3), qua ống phânphối nước đi vào các khoang chứa của các xilanh Để phân phối nước làm mát đồngđều cho mỗi xilanh, nước sau khi bơm vào thân máy (1) chảy qua ống phân phốiđúc sẵn trong thân máy Sau khi làm mát xilanh, nước lên làm mát nắp máy rồi theođường ống (2) ra khỏi động cơ với nhiệt độ cao rồi đến van hằng nhiệt (6) Khi van

hằng nhiệt (6) mở, một phần nước chảy qua đường ống (4) về đường ống hút củabơm nước (3), một phần lớn nước qua van hằng nhiệt (6) vào ngăn chứa phía trêncủa két nước.

Tiếp theo, nước từ ngăn phía trên của két đi qua các ống mỏng có gắn cánhtản nhiệt Tại đây, nước được làm mát bởi dòng không khí qua két do quạt (8) tạo

ra Quạt được dẫn động bằng đai hay bánh răng từ trục khuỷu của động cơ Tại ngănchứa phía dưới, nước có nhiệt độ thấp hơn lại được bơm nước (3) đẩy vào động cơthực hiện một chu kỳ làm mát tuần hoàn

Ưu điểm của hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng kín là nước sau khi quakét làm mát lại trở về động cơ Do đó ít phải bổ sung nước, tận dụng việc trở lạinguồn nước để tiếp tục làm mát động cơ Vì vậy, hệ thống này rất thuận lợi đối vớicác loại xe đường dài, nhất là ở những vùng thiếu nguồn nước

2.3.3.2 Hệ thống làm mát cưỡng bức tuần hoàn hai vòng

Trong hệ thống này, nước được làm mát tại két nước không phải là dòngkhông khí do quạt gió tạo ra mà là bằng dòng nước có nhiệt độ thấp hơn, như nướcsông, biển Vòng thứ nhất làm mát động cơ như ở hệ thống làm mát cưỡng bức mộtvòng còn gọi là nước vòng kín Vòng thứ hai với nước sông hay nước biển đượcbơm chuyển đến két làm mát để làm mát nước vòng kín, sau đó lại thải ra sông,biển nên gọi là vòng hở Hệ thống làm mát hai vòng được dùng phổ biến ở động cơtàu thủy

1 2 3

4 5

6

7 8

9 10

Hình 2.4: Hệ thống làm mát cưỡng bức kiểu hai vòng tuần hoàn.

1- Đường nước phân phối 2- Thân máy

3- Nắp xilanh 4- Van hằng nhiệt

5- Két làm mát 6- Đường nước ra vòng hở

7- Bơm nước vòng hở 8- Đường nước vào bơm nước vòng hở 9- Đường nước tắt về bơm vòng kín 10- Bơm nước vòng kín

Hệ thống làm việc như sau:

Nước ngọt làm mát động cơ đi theo chu trình kín, bơm nước (10) đến động cơlàm mát thân máy và nắp xilanh đến két làm mát nước ngọt (5) Nước ngọt trong hệthống kín được làm mát bởi nước ngoài môi trường bơm vào do bơm (7) qua lướilọc, qua các bình làm mát dầu, qua két làm mát (5) làm mát nước ngọt rồi theođường ống (6) đổ ra ngoài môi trường

Khi động cơ mới khởi động, nhiệt độ của nước trong hệ thống tuần hoàn kín cònthấp, van hằng nhiệt (4) đóng đường nước đi qua két làm mát nước ngọt Vì vậy,nước làm mát ở vòng làm mát ngoài, nước được hút từ bơm (7) qua két làm mát (5)theo đường ống (6) đổ ra ngoài Van hằng nhiệt (4) có thể đặt trên mạch nước ngọt

để khi nhiệt độ nước ngọt làm mát thấp, nó sẽ đóng đường ống đi vào két làm mát(5) Lúc này nước ngọt có nhiệt độ thấp sau khi làm mát động cơ qua van hằng nhiệt(4) rồi theo đường ống đi vào bơm nước ngọt (10) để bơm trở lại động cơ

2.3.3.3 Hệ thống làm mát một vòng hở

Hệ thống làm mát kiểu này về mặt bản chất không khác nhiều so với hệthống làm mát cưỡng bức một vòng kín

Hình 2.5: Hệ thống làm mát một vòng hở.

1- Đường nước phân phối 2- Thân máy

3- Nắp máy 4- Van hằng nhiệt

5- Đường nước ra vòng hở 6- Đường nước vào bơm hở 7- Đường nước nối tắt về bơm 8- Bơm nước

Trong hệ thống này nước làm mát là nước sông, biển được bơm (8) hút vàolàm mát động cơ, sau đó theo đường nước (5) đổ ra sông, biển Hệ thống này có ưuđiểm là đơn giản Tuy nhiên, ở một số kiểu động cơ nước làm mát đạt được ở 1000Choặc cao hơn Khi nước ở nhiệt độ cao, nước sẽ bốc hơi Hơi nước có thể tạo thành

ngay trong áo nước làm mát (kiểu bốc hơi bên trong) hoặc hơi nước bị tạo ra trongmột thiết bị riêng (kiểu bốc hơi bên ngoài) Do đó, cần phải có một hệ thống làmmát riêng cho động cơ.

So sánh hai hệ thống làm mát kín và hở của động cơ tàu thủy thì hệ thống hở

có kết cấu đơn giản hơn, nhưng nhược điểm của nó là nhiệt độ của nước làm mátphải giữ trong khoảng 500 ÷ 600C để giảm bớt sự đóng cặn của các muối ở thànhxilanh, nhưng với nhiệt độ này do sự làm mát không đều nên ứng suất nhiệt của cácchi tiết sẽ tăng lên Cũng do vách áo nước bị đóng cặn muối mà sự truyền nhiệt từxilanh vào nước làm mát cũng kém Ngoài ra, do ảnh hưởng của nhiệt độ nước ởngoài tàu thay đổi mà nhiệt độ nước trong hệ thống hở cũng dao động lớn Điều nàykhông có lợi cho chế độ làm mát

2.3.4 Hệ thống làm mát bằng nước ở nhiệt độ cao

Hệ thống làm mát ở nhiệt độ cao ở đây bao gồm hai hệ thống làm mát chính

là hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài và hệ thống làmmát cưỡng bức nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt hơi nước và nhiệt của khí thải

2.3.4.1 Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài

71

p2 , tra

6

p2 , tvaìo

Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài.

1- Động cơ 2- Van tiết lưu 3- Bộ tách hơi 4- Quạt gió

5- Bộ ngưng tụ nước 6- Không khí làm mát 7- Bơm nước

Trong hệ thống này có hai vùng áp suất riêng khác nhau Vùng thứ nhất có

áp suất p1 truyền từ bộ tách hơi (3) qua bộ ngưng tụ (5) đến bơm tuần hoàn (7).Quạt gió (4) dùng để quạt mát bộ ngưng tụ (5) Vùng thứ hai có áp suất p2 > p1

truyền từ bơm tuần hoàn qua động cơ đến van tiết lưu (2) của bình tách hơi (3), độchênh áp suất

p = p2 - p1 được điều chỉnh bởi van tiết lưu (2) Nước trong vùng có áp suất cao p2

không sôi mà chỉ nóng lên (từ nhiệt độ tvào đến tra ) Áp suất p2 tương ứng với nhiệt

độ sôi t2 > tra nên nước chỉ sôi ở bộ tách hơi có áp suất p1 < p2

2.3.4.2 Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt của hơi nước và nhiệt của khí thải

10 11 12

13 14

15 16

Hình 2.7: Sơ đồ hệ thống làm mát nhiệt độ cao có lợi dụng

nhiệt của hơi nước và nhiệt của khí thải

1- Động cơ 2- Tuabin tăng áp 3- Đường thải 4- Bộ tăng nhiệt cho hơi nước 5- Bộ tăng nhiệt cho nước ra 6- Bộ tăng nhiệt cho nước trước

khi vào bộ tách hơi 7,9- Van tiết lưu 8- Bộ tách hơi nước 11- Bộ ngưng tụ 10- Tuabin hơi 13- Thùng chứa nước 12,14,15,16- Bơm nước

Hệ thống làm mát này có hai vòng tuần hoàn và quá trình hoạt động như sau:

- Vòng 1: Bộ tách hơi (8) đến bơm tuần hoàn (14) vào động cơ (1), bộ tăngnhiệt trước cho nước tuần hoàn (5) đến van tiết lưu (7), bộ tách hơi (8) Nước tuầnhoàn trong hệ thống tuần hoàn làm kín nhờ bơm (14) bơm lấy nước từ bộ tách hơivới áp suất p1 đưa vào động cơ với áp suất p2 Từ động cơ nước lưu động ra với ápsuất p2 và nhiệt độ tra rồi vào bộ tăng nhiệt (5), ở đây nhiệt độ nâng lên t’ra > tra

Nhưng do áp suất p2 của nước tương ứng với với nhiệt độ sôi t2> t’ra> tra nênnước không sôi trong động cơ và cả bộ tăng nhiệt Nước chỉ sôi ở bộ tách hơi saukhi qua bơm tiết lưu, tại đây áp suất giảm từ p2 xuống p1 với nhiệt độ t1

- Vòng 2: Hơi từ bộ tách hơi (8) qua bộ tăng nhiệt (4), sau đó vào tuabin(10), rồi vào bộ ngưng tụ (11) Nước làm mát do hơi nước ngưng tụ trong bộ phậnngưng tụ (11) được bơm (12) bơm vào buồng chứa (13) rồi qua bơm (15) để bơmvào bộ tăng nhiệt (6), sau đó qua van điều tiết tự động (9) vào bộ tách hơi Nướclàm mát của vòng tuần hoàn ngoài chảy vào bình làm mát dầu, đi làm mát đỉnh vàqua bộ ngưng tụ (11) đều do bơm (16) của hệ thống bơm cấp vào mạch hở để pistonlàm mát nước trong mạch kín.

Ưu điểm của hệ thống làm mát này là: Có thể nâng cao được hiệu suất làmviệc của động cơ lên 6-7%, giảm được lượng tiêu hao hơi nước và không khí làmmát, do đó ta rút gọn được kích thước bộ tản nhiệt, đốt cháy được nhiều lưu huỳnhtrong nhiên liệu này

Tuy nhiên, hệ thống làm mát này cũng có những nhược điểm cơ bản là nhiệt

độ của các chi tiết máy cao Do đó cần đảm bảo các khe hở công tác của các chi tiếtcũng như cần phải dùng loại dầu bôi trơn có tính chịu nhiệt tốt Ngoài ra đối vớiđộng cơ xăng cần phải chú ý đến hiện tượng kích nổ Khi tăng áp suất để nâng nhiệt

độ của nước làm mát trong hệ thống, cần phải đảm bảo các mối nối đường ống, cáckhe hở của bơm phải kín hơn, bộ tản nhiệt phải chắc chắn hơn

2.3.5 Kết cấu các cụm chi tiết chính của hệ thống làm mát bằng nước

2.3.5.1 Kết cấu két làm mát

Két làm mát có tác dụng chứa nước nóng từ động cơ ra, hạ nhiệt độ cho nước

và cung cấp nước nguội vào trong động cơ khi động cơ làm việc Vì vậy yêu cầu kétnước phải hấp thụ và toả nhiệt nhanh Ðể đảm bảo yêu cầu đó thì bộ phận tản nhiệtcủa két nước thường được làm bằng đồng thau vì vật liệu này có hệ số toả nhiệt cao

Két làm mát gồm có ba phần chính là: Ngăn trên chứa nước nóng từ động cơ

ra để làm mát, ngăn dưới chứa nước nguội sau khi đã tản nhiệt cho môi trường để đivào làm mát cho động cơ và giàn ống truyền nhiệt nối ngăn trên với ngăn dưới

Để đánh giá chất lượng của két làm mát tức hệ số truyền nhiệt của bộ phậntản nhiệt lớn, công suất tiêu tốn ít để dẫn động bơm nước, quạt gió Cả hai chỉ tiêu

đó đều phụ thuộc vào 3 yếu tố sau:

- Khả năng dẫn nhiệt từ nước vào không khí của các ống và lá tản nhiệt

- Tốc độ lưu động của nước và của không khí làm mát

Tuy nhiên, tăng tốc độ lưu động của nước đòi hỏi phải tăng công suất tiêuhao cho dẫn động bơm nước và quạt gió.

Vấn đề thứ ba bao gồm việc chọn hình dáng và kích thước của ống và lá tảnnhiệt, và cách bố trí ống trên két

Két nước hình ống dẹt Két nước hình tổ ong

Hình 2.8 Kết cấu két nước.

Thông thường két làm mát được làm bằng các ống dẹt, cắm sau trong các látản nhiệt bằng đồng thau ( hình 2.9a) Ống nước dẹt làm bằng đồng có chiều dàythành ống là (0,13÷0,20) mm và kích thước tiết diện ngang của ống là (13 ÷20) x(2÷4) mm Còn các lá tản nhiệt có chiều dày khoảng (0,08 ÷ 0,12) mm

Các ống có thể bố trí theo kiểu song song như hình 2.9a hoặc bố trí theo kiểu

so le như hình 2.9d Nhưng kiểu bố trí theo kiểu so le dùng phổ biến nhất vì hiệuquả truyền nhiệt tốt nhất Trong một số trường hợp, để tăng hiệu quả truyền nhiệt(tăng không đáng kể), người ta đặt ống chếch đi một góc nào đó như hình 2.9c

Ðể tạo xoáy cho dòng không khí nhằm tăng hiệu quả truyền nhiệt, người tacòn dùng ống dẹt hàn với lá tản nhiệt gấp khúc (hình 2.9b), trên lá dập rãnh thủng,hoặc dùng ống dẹt hàn với lá tản nhiệt hình sóng (hình 2.9e) và trên phần sóng của

lá đó được dập lõm Hai loại này có hệ số truyền nhiệt khá cao, nên cũng được ứngdụng rộng rãi trên động cơ ô tô Trên một số máy kéo và tải nặng người ta còn dùngống tròn có gân tản nhiệt hình xoắn ốc (hình 2.9g) Loại này có ưu điểm là thay thế

do hỏng hóc của từng ống rất đơn giản vì các ống không phải hàn vào ngăn trên vàngăn nước dưới như các kiểu ống dẹt mà ghép và làm kín bằng các đệm cao su chịunhiệt

Các kiểu bộ phận tản nhiệt nêu trên đây dùng lá tản nhiệt hoặc gân tản nhiệtthì ống tản nhiệt đều là ống nước

17

Hình 2.9 Kết cấu một số ống nước.

Trên một số rất ít động cơ máy kéo người ta còn dùng bộ phận tản nhiệt ốngkhông khí hình tròn hoặc hình lục lăng, mang tên két nước hình “tổ ong” Loại này

ít dùng vì hệ số truyền nhiệt kém

Muốn nâng cao hiệu quả truyền nhiệt của két làm mát thì phải giảm bước của

lá tản nhiệt, bước của ống cả theo chiều ngang (chiều đón gió) và cả chiều sâu(chiều gió) cũng như tăng chiều sâu của két (tức là tăng số dãy ống theo chiều sâu).Nhưng tăng chiều sâu nhiều cũng không có hiệu quả lớn vì rằng khi hệ số truyềnnhiệt của dãy ống đã ổn định thì nếu tăng chiều sâu lên 50%, khả năng tản nhiệt củakét tăng 15%, còn nếu tăng chiều sâu lên 100% thì khả năng tản nhiệt cũng chỉ tăngthêm 20% Cần chú ý rằng các biện pháp nâng cao hiệu quả trên đây đều kéo theo

sự gia tăng sức cản khí động của két Thông thường két nước dùng trên ô tô sức cảnkhí động của không khí qua két không vượt quá 300 (N/m2)

Ðánh giá kết cấu két làm mát dùng trên ô tô máy kéo bằng hệ số hiệu quả và

F

(1/m)Giá trị của η và φ nằm trong khoảng sau:

η = (0,14  0,41).10-3 m2/W)

φ = 900  1100 (1/m)

Flm: Diện tích tản nhiệt của bộ phận tản nhiệt (m2)

Ne: Công suất có ích, danh nghĩa của động cơ (W))

Vk: Thể tích tản nhiệt của bộ phận tản nhiệt (m3)

2.3.5.2 Kết cấu của bơm nước

Bơm nước có tác dụng tạo ra một áp lực để tăng tốc độ lưu thông của nướclàm mát Bơm có nhiệm vụ cung cấp nước cho hệ thống làm mát với lưu lượng và

áp suất nhất định Lưu lượng nước làm mát tuần hoàn trong các loại động cơ thayđổi trong phạm vi 68÷245[l/Kwh] (50÷180[l/ml.h]) và với tần số tuần hoàn khoảng(7÷12) lần/phút

Các loại bơm dùng trong hệ thống làm mát động cơ bao gồm: Bơm ly tâm,bơm piston, bơm bánh răng, bơm guồng

* Bơm ly tâm

Bơm ly tâm được dùng phổ biến trong hệ thống làm mát các loại động cơ ô

tô máy kéo, động cơ tĩnh tại và tàu thủy Vì loại bơm này có nhiều ưu điểm:

- Kết cấu gọn nhẹ, chắc chắn, làm việc tin cậy

- Hiệu suất η của bơm tương đối cao so với các loại bơm khác

- Giá thành tương đối rẻ

- Bơm tạo ra cột áp tương đối lớn so với bơm cánh hút

Nguyên lý làm việc là lợi dụng lực ly tâm của nước nằm giữa các cánh đểdồn nước từ trong ra ngoài rồi đi làm mát

Kết cấu của bơm ly tâm ở hình 2.11 gồm: Puly (1) lắp chặt trên trục bơmthen bán nguyệt (2) Ổ bi (9), (10) dùng để đỡ trục bơm Bánh công tác (7) dùng đểtạo ra cột áp đưa nước làm mát động cơ Vú mỡ (4), vòng chặn (5) dùng để bôi trơncác ổ bi và ngăn không cho chất bôi trơn lọt ra ngoài

9 10

12 11

Hình 2.11 Kết cấu bơm nước ly tâm.

1- Puly 2- Then bán nguyệt 3- Trục bơm 4- Vú mỡ,

5- Vòng chặn 6- Lò xo 7- Bánh công tác 8- Đai ốc 9,10- Ổ bi 11- Thân bơm 12- Bulông

Nắp bơm và thân bơm được chế tạo bằng gang, bánh công tác (7) thườngđược chế tạo bằng đồng hoặc chất dẻo Để đảm bảo hiệu suất của bơm thì khe hởhướng kính giữa bánh công tác (7) và thân bơm (11) không được lớn hơn 1mm vàkhe hở chiều trục không quá 0,2 mm Ðể giảm kích thước bơm, tỷ số truyền giữatrục bơm nước (3) và trục khuỷu thường chọn gần bằng 1(đối với động cơ cao tốc)

và 1,6 (đối với động cơ tốc độ thấp) Cột áp toàn phần do bơm tạo ra khoảng 0,05 ÷0,15 MPa và tốc độ nước trên đường ống dẫn vào bơm không vượt quá 2,5 ÷ 3 m/s.Công suất tiêu hao để dẫn động bơm chiếm khoảng 0,5-1,0% công suất có ích củađộng cơ tức là (0,005 ÷ 0,01)Ne Trục bơm được đặt trên hai ổ bi (9,10), để bao kíndầu mỡ ở ổ bi dùng các phớt và bao kín bằng vòng chặn (5)

Bơm ly tâm có đặc tính cấp nước đồng đều, kích thước và khối lượng nhỏ,không ồn và hiệu suất cao Tuy nhiên nhược điểm của bơm li tâm là không tạo rađược vùng áp thấp đủ khi hút nước (không quá (2,94 ÷ 4,9).104 N/m2), do đó không

có năng lực tự hút, nên trước khi khởi động phải nạp đầy nước vào ống hút và bơm,đồng thời phải xả không khí hết ra khỏi bơm

* Bơm piston

Bơm nước kiểu piston thường chỉ được dùng trong hệ thống làm mát củađộng cơ tàu thủy tốc độ thấp Ở động cơ tốc độ cao vì để tránh lực quán tính rất lớncủa các khối lượng chuyển động của bơm và để tránh hiện tượng va đập thủy lực dochu trình cấp nước không liên tục của bơm nên người ta ít dùng loại này

20

3 2 1

9 7

6

7

A - A

A A

5

8

4

10

Hình 2.12 Kết cấu bơm nước kiểu piston.

1- Trục khuỷu của bơm piston 2- Thanh truyền 3,5- Xilanh dẫn hướng 4- Piston

Quá trình hoạt động của bơm nước piston như sau: Piston bơm (4) bằng đồngchuyển động trong hai xilanh dẫn hướng (3) và (5) của vỏ bơm (6) Piston nối vớithanh truyền (2) và chuyển động nhờ trục khuỷu (1) Khi piston (4) đi xuống, nước

sẽ đi qua van (9) vào khoang chứa bên trên piston (4) Khi piston đi lên, nước trongkhoang bị đẩy qua van (8) đi vào hệ thống làm mát

Ưu điểm của bơm piston là có thể tạo được áp suất lớn nhưng nhược điểmcủa nó là chuyển động của chất lỏng qua bơm không đều, lưu lượng của bơm daođộng Kết cấu của bơm cồng kềnh nên ít được sử dụng

vỏ ngoài của bơm, khi đó các răng trong vỏ bơm sẽ không chịu lực truyền, và đểgiảm mài mòn bánh răng bơm, người ta còn chế tạo một trong hai bánh răng bơmbằng vật liệu tec-tô-lit hoặc làm bằng cao su lưu hóa.

3

1

2

7 8

* Bơm cánh hút

Bơm cánh hút thường được dùng cho mạch ngoài (mạch hở) của hệ thốnglàm mát động cơ tàu thủy Nó hút nước từ bên ngoài vỏ tàu (nước sông hoặc nướcbiển) để làm mát nước ngọt ở mạch trong của hệ thống làm mát

Kết cấu và nguyên lý làm việc của bơm cánh hút được thể hiện ở hình 2.14: Kết cấu của bơm gồm: Hai nửa trước (4) và nửa sau (5) của bơm Các nửathân bơm lắp với hai nắp ổ trục (3) và (6) bằng các bu lông Bánh công tác (7) cốđịnh trên trục (9), trục (9) này được dẫn động bằng bánh răng côn (10)

C

10 9

2 1

3-32-2

IV1-1

2-2

5

7 8

6

Hình 2.14 Sơ đồ kết cấu và nguyên lý làm việc của bơm cánh hút.

3,6- Ổ trục bơm 4,5- Hai nửa thân bơm 7- Bánh công tác 8- Rãnh chứa nước 9- Trục bơm 10- Bánh răng côn

Nguyên lý làm việc của bơm cánh hút như sau :

Ban đầu, dung tích công tác giữa hai cánh được mồi đầy nước (vị trí I ) Khicánh quay thì nước nằm giữa hai cánh cũng dịch chuyển theo (vị trí II) Do chiềusâu của rãnh tăng dần nên dung tích giữa hai cánh tăng lên Do tăng dung tích nêntrong bơm hình thành độ chân không Nhờ có độ chân không nước được hút vàoqua cửa vào bơm Cánh quay tiếp tục được nửa vòng thì chiều sâu rãnh sẽ bắt đầugiảm dần nước bị nén theo cửa ra đi vào hệ thống làm mát

Nhược điểm cơ bản của loại bơm cánh hút là hiệu suất bơm rất thấp So vớibơm li tâm thì thua kém 3÷4 lần và khi bơm phải mồi nước Vì vậy, người ta chỉdùng loại bơm này để bơm nước ngoài tàu vào Chiều cao cột nước của bơm khôngdưới 1,5 m với lưu lượng 8000 l/ph

*Bơm guồng

Cũng như loại bơm cánh hút, bơm guồng dùng để cấp nước trong hệ thốnglàm mát tuần hoàn hở Nhưng loại bơm guồng có áp suất cột nước khá cao

Hình trên giới thiệu sơ đồ kết cấu bơm guồng dùng trong động cơ diezel.Bơm gồm có : Bánh công tác (3) - bánh guồng quay trong vỏ (4) và nắp (1) Trênbánh công tác người ta phay các rãnh hướng kính Vỏ và nắp có làm rãnh xoáythông với cửa hút (11) và cửa thoát (7) Khi bánh công tác quay, nước vào các rãnh

và dưới tác dụng của lực ly tâm, các phần tử nước chuyển động từ trong ra ngoài vàquay theo các cánh (10) rồi theo rãnh xoắn ốc trên vỏ bơm đi qua cửa thoát (7) vào

hệ thống làm mát của động cơ

Loại bơm guồng của động cơ diezel 20 mã lực được dùng để cung cấp nướccho hệ thống làm mát hở (nước sau khi qua động cơ được thải ra ngoài ) Cột áp củaloại bơm guồng cao hơn cột áp của bơm ly tâm khoảng 3÷7 lần nhưng hiệu suấtthấp η = 0,25 ÷ 0,45, trong khi đó bơm ly tâm η = 0,65 ÷0,9 Tuy vậy, so với bơmcánh hút thì hiệu suất của bơm guồng vẫn cao hơn khoảng 2 lần

2.3.5.3 Kết cấu quạt gió

Trong hệ thống làm mát bằng nước, két làm mát bằng không khí, quạt giódùng để tăng tốc độ của không khí qua két nhằm nâng cao hiệu quả làm mát

Quạt gió dùng trong hệ thống làm mát bằng nước thường là loại quạt chiềutrục vì phù hợp với kết cấu và bố trí của động cơ Trong động cơ có thể dùng quạt

cơ khí dẫn động bằng dây đai nối từ puly gắn từ trục khuỷu hoặc có thể dùng quạtdẫn động bằng điện tuỳ theo mỗi động cơ

Có hai chỉ tiêu để đánh giá chất lượng của quạt: Đó là năng suất (lưu lượnggió) của quạt và công suất tiêu tốn cho dẫn động quạt Ðối với một két nước cụ thể,năng suất thể hiện bằng tốc độ gió qua két làm mát Hai chỉ tiêu trên phụ thuộc vàonhiều yếu tố khác nhau: số vòng quay của quạt, kích thước cánh, góc nghiêng củacánh và vị trí tương quan giữa quạt và két nước

Tăng góc nghiêng của cánh và tăng số vòng quay của quạt đều làm cho côngsuất dẫn động quạt tăng lên Thông thường góc nghiêng tốt nhất đối với quạt phẳng

là 40 ÷ 450 và với quạt cánh lồi là 380 Tăng góc nghiêng và tăng chiều rộng cánhquạt có làm cho lưu lượng tăng nhưng công suất dẫn động quạt tăng mãnh liệt, vìvậy đối với động cơ ô tô máy kéo đường kính quạt không vượt quá 0,65m và chiềurộng không vượt quá 70 mm

Khoảng cách từ quạt đến két phụ thuộc vào việc tổ chức dòng khí làm máttiếp các bộ phận dưới nắp xe Khi có lắp các bản hướng dòng khí thì khoảng cách

đó cho phép đến 80 - 100mm Nếu không thì không nên vượt quá 10 ÷ 15mm Sốcánh tăng làm năng suất tăng theo nhưng không nên vượt quá 8 cánh

Cánh quạt được dập bằng thép tấm có chiều dày 1,2 ÷ 1,6mm rồi bắt chặtvào mayơ, trước khi lắp phải cân bằng Loại cánh quạt chế tạo bằng vật liệu polymethì không cần cân bằng Ðể giảm tiếng ồn loại quạt cánh được chế tạo theo hình chữ

X với góc giữa hai cánh là 70 ÷ 1100 Quạt được dẫn động bằng đai truyền hìnhthang, tốc độ của đai truyền không vượt quá 30 ÷ 35 m/s Trên một số động cơ quạtđược dẫn động bằng xích, còn dẫn động bánh răng thì ít gặp Tỷ số truyền độngquạt nằm trong khoảng 1,0 ÷ 1,3 Ngoài ra còn có bộ phận áo làm mát Áo làm mátđược hình thành bởi khoang trống nằm giữa thành ngoài nắp máy với thành buồngđốt Ðặc biệt ở những chỗ bố trí đường xả thì cần được tăng cường làm mát

2.3.5.4 Van hằng nhiệt

Van hằng nhiệt hoạt động tùy theo nhiệt độ dùng để điều chỉnh nhiệt độnước làm mát bằng cách điều khiển nước làm mát đi từ động cơ đến két làm mát.Van hằng nhiệt được lắp trên đường nước giữa nắp xilanh với bình làm mát Vanhằng nhiệt đóng hay mở tùy theo nhiệt độ nước làm mát Khi động cơ còn lạnh vanhằng nhiệt đóng Khi động cơ nóng lên van hằng nhiệt mở, điều đó cho phép haykhông cho phép nước làm mát đi qua két

Bằng cách đóng đường nước dẫn tới két khi động cơ lạnh, động cơ sẽ ấm lênnhanh chóng khi nhiệt độ của động cơ vẫn được giữ lại trong động cơ thay vì ra kétlàm mát, nhờ đó rút ngắn thời gian hâm nóng động cơ, tiêu hao ít nhiên liệu và giảm

được lượng khí xả Sau khi hđm nóng, van hằng nhiệt giữ cho động cơ lăm việc ởnhiệt độ cao hơn so với trường hợp không có van hằng nhiệt Nhiệt độ lăm việccăng cao sẽ cải thiện hiệu quả của động cơ vă giảm được khí xả Van hằng nhiệtdùng trín hệ thống lăm mât bằng nước chia lăm hai loại: Loại dùng chất lỏng lămchất giên nở vă loại dùng chất rắn lăm chất giên nở.

Van hằng nhiệt dùng chất lỏng lăm chất giên nở (van hằng nhiệt kiểu hộpxếp)

Van hằng nhiệt có tâc dụng giúp cho động cơ nhanh chóng đạt tới nhiệt độquy định trong trường hợp động cơ mới khởi động

a,c - Ở tư thế đóng b,d - Ở tư thế mở

8 9

567

d)c)

b)a)

10

Hình 2.16 Kết cấu câc loại van hằng nhiệt.

1- Đường nước nối tắt về bơm 4- Hộp xếp 3- Đường nước nóng tới van 5- Giâ treo 2,13- Đường nước tới kĩt lăm mât 6- Trục van

11 Lò xo hồi vị 14- Thđn van 15- Ống dẫn hướng

Van hằng nhiệt kiểu hộp xếp (hình: 2.16b) gồm có hộp xếp chứa một chấtlỏng dễ bay hơi Phần dưới của bầu bắt chặt vào trục (6) van hằng nhiệt Khi nhiệt

độ làm mát thấp hơn 800C, van hằng nhiệt đóng lại (hình 2.16a) và toàn bộ chấtlỏng đi qua ống (1) (ống hai ngã) để trở về bơm nước, áp suất trong hộp xếp tănglên, làm cho hộp (7) giãn dài ra và nâng van (4) lên Nước nóng đi qua ống 3 vàobình trên của bộ tản nhiệt Van 4 mở rộng hoàn toàn ở nhiệt độ 910C

Van hằng nhiệt dùng chất rắn làm chất giãn:

Ở hình 2.16c có bầu (7) chứa đầy xêrêzin - lấy từ dầu mỏ (8) và đậy kín bằng

màng cao su (9) Ở nhiệt độ 700C, xêrêzin nóng chảy và giãn nở đẩy màng (10), cữchặn (12) và thanh chuyển động lên phía trên Lúc này van mở ra và nước bắt đầuchảy tuần hoàn qua bộ tản nhiệt (hình 2.16c)

Khi nhiệt độ giảm xuống, xêrêzin đông đặc lại và giảm bớt thể tích Dưới tácdụng của lò xo hồi vị (11), van đóng lại và màng (10) hạ xuống (hình 2.16c)

Van hằng nhiệt kiểu lò xo xoắn: Sơ đồ kết cấu của loại van hằng nhiệt dùng

lò xo bimêtan gồm hai thanh kim loại có hệ số giãn nở dài khác nhau Dải thép hợpkim inva có hệ số nở dài 1,5.10-6, dải đồng có hệ số nở 20.10-6 Van hằng nhiệt dùng

lò xo bimêtan làm việc rất tốt nhưng đắt tiền

2.4 HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ BẰNG KHÔNG KHÍ (GIÓ)

Hệ thống làm mát của động cơ làm mát bằng gió bao gồm ba bộ phận chủ yếu: Phiến tản nhiệt trên thân máy và nắp xilanh

Quạt gió

Bản dẫn gió

Hệ thống làm mát bằng không khí chia làm hai loại:

Làm mát bằng không khí kiểu tự nhiên

Làm mát bằng không khí kiểu cưỡng bức (dùng quạt gió)

Tùy thuộc vào đặc điểm của từng loại động cơ mà trang bị hệ thống làm mát hợp lý

2.4.1 Các phương án làm mát bằng không khí

2.4.1.1 Hệ thống làm mát bằng không khí kiểu tự nhiên

Hệ thống làm mát kiểu này rất đơn giản Nó chỉ gồm các phiến tản nhiệt bốtrí trên nắp xilanh và thân máy Các phiến ở mặt trên nắp xilanh bao giờ cũng bố trídọc theo hướng di chuyển của xe, các phiến làm mát ở thân thường bố trí vuông gócvới đường tâm xilanh Đa số động cơ môtô và xe máy bố trí hệ thống làm mát kiểunày

Tuy nhiên, một vài loại xe máy đặt động cơ nằm ngang lại bố trí phiến tảnnhiệt dọc theo đường tâm xilanh để tạo điều kiện gió lùa qua rãnh giữa các phiến

tản nhiệt Hệ thống làm mát kiểu tự nhiên lợi dụng nhiệt khi xe chạy trên đường đểlấy làm mát các phiến tản nhiệt

Do đó, khi xe lên dốc hay chở nặng hoặc chạy chậm thường động cơ bị quánóng do làm mát kém Để khắc phục nhược điểm này người ta đưa ra phương ánlàm mát bằng không khí kiểu cưỡng bức

2.4.1.2 Hệ thống làm mát không khí kiểu cưỡng bức

Hệ thống kiểu này có ưu điểm lớn là không phụ thuộc vào tốc độ di chuyểncủa xe dù xe vẫn đứng một chỗ vẫn đảm bảo làm mát tốt cho động cơ Tuy nhiên,

hệ thống làm mát kiểu này vẫn còn tồn tại nhược điểm là kết cấu thân máy và nắpxilanh phức tạp, rất khó chế tạo do cách bố trí các phiến tản nhiệt và hình dạng cácphiến tản nhiệt

Hiệu quả làm mát của hệ thống phụ thuộc nhiều về hình dạng, số lượng vàcách bố trí các phiến tản nhiệt trên thân máy và nắp xilanh

12

Hình 2.17: Hệ thống làm mát bằng không khí động cơ 4 xi lanh.

(A)- Hệ thống làm mát bằng gió dùng quạt gió hướng trục

(B)- Quạt gió hướng trục

1- Tang trống có cánh quạt 2- Nắp đầu trục 3- Bulông 4- Trục quạt gió 5- Tang trống có cánh dẫn 6- Bánh đai truyền

Hệ thống làm mát bằng gió kiểu cưỡng bức bao gồm ba bộ phận chủ yếu đó

là các phiến tản nhiệt trên thân máy và nắp xilanh, quạt gió và bản dẫn gió Nhưngquan trọng nhất là quạt gió, quạt gió cung cấp lượng gió cần thiết, có tốc độ cao đểlàm mát động cơ Quạt gió được dẫn động từ trục khuỷu cung cấp gió với lưu lượnglớn làm mát động cơ Để rút ngắn thời gian từ trạng thái nguội khi khởi động đếntrạng thái nhiệt ổn định, quạt gió trang bị ly hợp thủy lực hay điện từ

Hình vẽ (A) giới thiệu hướng lưu động dòng không khí làm mát động cơ bốnxilanh dùng quạt gió hướng trục Từ hình vẽ ta thấy không khí qua cửa hút gió, qua

quạt gió hướng trục rồi theo bản dẫn gió đi vào khu vực các phiến tản nhiệt của cácxilanh, sau đó theo ống thải thoát ra ngoài.

Nhờ có bản dẫn gió nên dòng không khí làm mát được phân chia đều cho cácxilanh, khiến cho nhiệt độ các xilanh tương đối đồng đều Hơn nữa do khí có bảndẫn gió, dòng không khí đi sát mặt đỉnh của các phiến tản nhiệt vì vậy có thể nângcao hiệu suất truyền nhiệt Ngoài ra nhờ có bản dẫn gió, ta có thể bố trí ưu tiên chodòng không khí đến làm mát các vùng nóng nhất (xupáp thải, buồng cháy…)

Bản dẫn gió được chế tạo bằng tôn dày 0,8 ÷ 1mm Để tránh rung và ồn, bảndẫn gió được cố định vào thân máy

2.4.2 Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống làm mát bằng không khí

2.4.2.1.Bản hướng dòng gió

Bản hướng gió có nhiệm vụ đảm bảo phân bố lượng gió hợp lý và hướngdòng gió đó (không khí) đi sát các bề mặt tản nhiệt Đánh giá chất lượng bản hướnggió bằng hai chỉ tiêu sau đây: Mức độ đồng đều của nhiệt độ của các vị trí khácnhau trên thân và nắp xilanh Sức cản khí động của dòng khí lưu động theo bảnhướng gió (tức là tổn thất công suất cho quạt gió)

Hình 2.18 Hệ thống làm mát bằng gió của động cơ 4 xylanh dùng quạt hướng trục.

1- Quạt gió 2- Cánh tản nhiệt 3- Tấm hướng gió 4- Vỏ

5- Đường thoát không khí

Bản hướng gió ( hình 2.18) được dập bằng tôn dày 0,8÷1 (mm) cố định chặttrên thân máy bằng bulông hoặc vít Do đặc thù của động cơ làm mát bằng khôngkhí động cơ có nhiều kiểu khác nhau

Nhờ có bản dẫn gió nên dòng không khí được phân chia đều cho các xilanh,khiến cho nhiệt độ các xilanh tương đối đồng đều Hơn nữa do khi có bản dẫn gió,dòng không khí đi sát mặt đỉnh của các phiến tản nhiệt vì vậy có thể nâng cao hiệusuất truyền nhiệt Ngoài ra nhờ có bản dẫn gió, ta có thể bố trí ưu tiên cho dòngkhông khí đến làm mát các vùng lớn nhất như xupáp thải, buồng cháy

Hình 2.19 Sơ đồ phân bố dòng không khí làm mát nắp xilanh và thân máy của

động cơ làm mát bằng gió

a và b - Cửa gió vào rộng hơn cửa ra

c- Cửa gió vào hẹp, bản hướng gió gây góc tạo xoáy cho luồng gió

d- Bố trí cửa gió ra trong động cơ nhiều xi lanh

e- Làm mát nắp xilanh

Theo sơ đồ hình (2.19.a), thì phần không khí đi sát trên một phần lớn của chu

vi thành xilanh Ở phía gió vào các phiến tản nhiệt được làm mát tốt hơn, vì vậy gây

ra hiện tượng làm mát không đều Độ chênh lệch nhiệt độ trên thành xilanh theo chu

vi đến 510C Sơ đồ nầy có đặc điểm là nhiệt độ không khí làm mát cao và sức cảnkhí động lớn

Dạng bản hướng dòng gió được dùng phổ biến nhất trên hình (2.19.b) Loạinày thường dùng cho các động cơ có các phiến tản nhiệt không lớn lắm Độ chênhlệch nhiệt độ trong phiến tản nhiệt không vượt quá 230C, sức cản khí động học nhỏhơn 15÷20% so với kiểu hình (2.19.a)

Bố trí bản hướng dòng gió theo sơ đồ (2.19.c) thì dòng không khí làm mát đivào cửa gió hẹp rồi phân đều các phiến tản nhiệt Khi va đập vào thành xilanh, dòngkhí tạo thành các xoáy tạo điều kiện cho các phiến tản nhiệt, tản nhiệt một cách dễdàng hơn Dù vậy nếu trạng thái nhiệt của các xilanh như nhau thì lượng không khícần thiết so với sơ đồ trên hình (2.19.a) sẽ giảm được 40% và đồng thời sức cảngiảm khoảng 25% Độ chênh lệch nhiệt độ trong thành xilanh không vượt quá 25 0

C Các bản dẫn gió có kết cấu phức tạp để tổ chức luồng gió làm mát phân bố đềuđến các xilanh giới thiệu trên hình (2.19.d)

Trong động cơ có nhiều xilanh bố trí nguồn gió lăm mât sao cho nhiệt độ củaxilanh ít chính lệch nhau lă một việc rất khó Vì vậy kết cấu của bản hướng gió, vịtrí của cửa gió văo vă cửa ra hết sức quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp đến từngnhiệt độ của câc xilanh.

2.4.2.2 Quạt gió

Quạ t gió ly tâm Quạ t gió hướng trụ c

Quạt gió ly tđm Quạt gió hướng trục

Hinh 2.20 Sơ đồ câc phương ân dẫn động vă kết cấu quạt gió.

Quạt gió cung cấp lưu lượng gió cần thiết vă có tốc độ cao để lăm mât động

cơ Ở động cơ quạt gió thường dùng để lăm mât lă quạt ly tđm, có cấu tạo bao ngoăicânh quạt lă vỏ, trục quạt được quay trín hai ổ bi Vỏ vă cânh quạt gió thường đượcchế tạo bằng nhôm, được lắp ở bín phải động cơ, phía trín của vỏ quạt gắn với nắpxilanh, còn phía dưới gắn với câcte Không khí lăm mât được thổi do quạt gió đặtphía trước động cơ thổi văo phiến tản nhiệt hoặc được hút qua phiến tản nhiệt bởiquạt đặt ở phía bânh đă

Khi lưu lượng khí tiíu hao như nhau thì sức cản khí động của dòng khí khidùng quạt hút cao hơn 12÷23% vă công suất tổn thất cho lăm mât trong trường hợpnăy cũng tăng lín 15÷32% Độ chính lệch nhiệt độ tăng khoảng 4÷6 0C Câc kiểu

bố trí quạt gió của động cơ một hăng xilanh giới thiệu trín hình 2.21 vă kiểu bố trícủa động cơ chữ V trín hình 2.22

Hình 2.21 Các phương án bố trí bản hướng gió và dẫn động quạt gió trên động cơ

một hàng xilanh

Hình 2.22 Bố trí quạt gió và bản dẫn gió trong động cơ làm mát bằng gió, xi lanh

bố trí theo hình chữ V

Quạt gió của động cơ một hàng xilanh cũng như động cơ bố trí theo hình chữ

V được dẫn động bằng nhiều cách: bằng bánh răng, xích, đai truyền hoặc dẫn độngtrực tiếp bằng đuôi trục khuỷu ở hình 2.22 Dẫn động quạt gió theo hai cách đầu tốthơn so với cách thứ ba vì không bị trượt như khi dùng đai truyền dùng bánh răng vàxích có bị mòn, rão Hơn nữa do tỷ số truyền giữa trục khuỷu và trục quạt khôngđổi, nên tốc độ của quạt gió thay đổi đúng theo sự thay đổi của số vòng quay truckhuỷu Dẫn động quạt gió bằng bánh răng thường được dùng trong động cơ có sốxilanh ít hơn 4 và đường kính xilanh nhỏ hơn 120mm Dẫn động quạt gió bằngxích, nếu dùng loại xích đặc biệt (xích răng) thì có thể giảm được tiếng ồn so vớidẫn động bằng xích răng Nhưng do sau một thời gian làm việc, xích bị mòn rão, tadùng bánh căng xích, tuy nhiên, phần lớn các động cơ làm mát bằng gió thường dẫnđộng quạt gió bằng đai truyền Phương án này dẫn động rất đơn giản, êm và cũngtương đối bền Nhưng khi dùng đai truyền để dẫn động quạt gió, đai truyền thườngchóng bị rão gây nên hiện tượng trượt đai ảnh hưởng đến số vòng quay của quạt Vìvậy khi dùng đai truyền để dẫn động quạt gió, bao giờ cũng phải dùng bánh căngđai để đảm bảo độ căng nhất định của đai truyền Đối với những động cơ làm mátbằng không khí có số xilanh ít hơn hai thì quạt gió thường được dẫn động trực tiếpbằng đuôi trục khuỷu

2.4.2.3 Gân tản nhiệt của xi lanh và nắp xilanh

Khi thiết kế hình dáng và kích thước các gân tản nhiệt thường giải quyết haivấn đề mâu thuẫn với nhau: tản nhiệt tốt nhưng tổn thất khí động bé Vấn đề thứnhất đòi hỏi phải có bề mặt gân, chiều dày gân và số l lượng gân lớn Nhưng vấn đềthứ hai thì ngược lại Bề mặt gân tản nhiệt, trên lý thuyết truyền nhiệt có thể có cácdạng như trên hình 2.23

Hình 2.23 Các dạng bề mặt gân tản nhiệt của động cơ làm mát bằng gió.

a- Dạng bề mặt parabol lõm b- Dạng tam giác

c- Dạng hình thang d- Dạng hình chữ nhật

Về mặt truyền nhiệt mà nói hiệu quả truyền nhiệt của gân parabol là tốt nhất, vì

nó có gradien nhiệt theo chiều cao h là không đổi Hiệu quả đó sẽ giảm dần theo thứ

tự các bề mặt tam giác, hình thang và hình chữ nhật

Trên thực tế chế tạo thì ngườì ta thay thế bề mặt chế tạo parabol đó bằng bề mặttạo ra bởi các cung tròn, còn dạng hình thang là biến tướng của dạng tam giác.2.5 SO SÁNH ƯU KHUYẾT ĐIỂM CỦA KIỂU LÀM MÁT BẰNG NƯỚC VÀKIỂU LÀM MÁT BẰNG KHÔNG KHÍ

Khi thiết kế bất kỳ hệ thống làm mát kiểu nào, cần phải đảm bảo những yêucầu kỹ thuật sau đây:

- Bảo đảm động cơ làm việc tốt ở mọi chế độ và điều kiện khí hậu

- Tiêu hao công suất tương đối bé

- Kết cấu của hệ thống làm mát phải gọn nhẹ

- Kết cấu đơn giản dễ chế tạo và lắp ráp sửa chữa; vật liệu phải đảm bảo điềukiện truyền nhiệt tốt nhưng rẻ tiền

Xuất phát từ những yêu cầu kỹ thuật, ta nhận thấy rằng động cơ làm mátbằng nước so với động cơ làm bằng không khí có những ưu điểm sau:

- Hiệu quả làm mát của hệ thống làm mát bằng nước cao hơn do đó trạng tháinhiệt của các chi tiết của động cơ làm mát bằng nước thấp Vì vậy, nếu các điềukiện phụ tải như nhau thì đối với động cơ xăng phải giảm tỉ số nén để tránh hiệntượng kích nổ

- Độ dài thân động cơ làm mát bằng nước ngắn hơn khoảng 1015, trọnglượng nhỏ hơn 810 so với động cơ làm mát bằng không khí Được như vậy là ta

có thể đúc các xilanh liền một khối nên khoảng cách giữa các xilanh có thể giảmđến mức tối thiểu

- Do giảm được độ dài của thân động cơ nên có thể tăng độ cứng vững củathân động cơ, trục khuỷu và trục cam

- Khi làm việc động cơ làm mát bằng nước có tiếng ồn nhỏ hơn

- Tổn thất công suất để dẫn động quạt gió của động cơ làm mát bằng nướcnhỏ hơn động cơ làm mát bằng gió

Tuy vậy, hệ thống làm mát bằng nước cũng có những nhược điểm sau đây:

- Kết cấu thân máy và nắp xilanh rất phức tạp và rất khó chế tạo

- Phải dùng két nước tản nhiệt bằng đồng Kết cấu của két nước cũng rấtphức tạp, khó chế tạo và dùng vật liệu quý như đồng

- Dễ bị rò rỉ nước xuống cácte nên có thể ảnh hưởng xấu đến chất lượng dầunhờn ở dưới cácte

- Khi trời lạnh có thể bị đóng băng trong áo nước và két nước có thể làm vỡ

hệ thống làm mát Vì vậy khi động cơ làm việc ở vùng có nhiệt độ thấp, thườngphải dùng hỗn hợp nước có trộn glyxêrin hay glycôn để hạ thấp nhiệt độ đông đặccủa nước làm mát

- Phải thường xuyên súc rửa hệ thống làm mát vì nước bẩn hoặc nước cứngđóng cặn làm giảm khả năng truyền nhiệt

- Không thuận lợi khi sử dụng ở vùng khan hiếm nước

3 GIỚI THIỆU KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ D226B- 4D

3.1 GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ D226B- 4D

Động cơ D226B- 4D là động cơ diesel bốn kỳ, bốn xilanh được xếp thànhmột dãy thẳng hàng, dung tích các xilanh là 4,156 lít, thứ tự nổ 1- 3- 4- 2 và làmmát bằng nước theo phương pháp cưỡng bức tuần hoàn một vòng kín Động cơ này

do Trung Quốc sản xuất và được công ty cổ phần chế tạo máy Dzĩ An- Bình Dươnglắp ráp trên máy phát điện Vietgen

Hình 3.1 Tổng thể động cơ D226B- 4D.

1- Két làm mát 2- Máy nén khí

3- Tấm che máy nén 4- Tấm che ống khí

5- Điều tốc và bơm phun 6- Cây thăm dầu

8- Lọc dầu 9- Bơm cung cấp nhiên liệu 10- Nắp đậy dầu 11- Vỏ két nước

23

24

1 2

3 4

Hình 3.2 Kết cấu mặt cắt ngang động cơ D226B- 4D.

1- Cacte 2- Bệ đỡ cân bằng máy

3- Lưới lọc dầu 4- Ống dẫn dầu

5- Cây thăm dầu 6- Đai ốc

7- Bơm dầu 8- Buly trục khuỷu

9- Cảm biến tốc độ động cơ 10- Quạt làm mát

11- Máy hút hơi nước 12- Bơm nước

13- Nắp xilanh 14- Thanh đẩy con đội

3- Bệ cân bằng máy 4- Thân máy

5- Trục khuỷu 6- Đòn bẩy dừng động cơ

7- Trục cam 8- Bơm piston

9- Ống dẫn dầu 10- Lọc dầu

11- Con đội 12- Điều tốc và bơm phun

13- Ống dầu cao áp 14- Đũa đẩy

19- Ống nước ra 20- Xupap

21- Vòi phun nhiên liệu 22- Nắp xilanh

25- Que thăm dầu 26- Lọc dầu

27- Van an toàn 28- Nút xả dầu

3.2 CÁC THÔNG SỐ CỦA ĐỘNG CƠ D226B- 4D

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật của động cơ

Số xilanhThứ tự nổĐường kính xilanhHành trình pistonDung tích xilanh

Tỉ số nénCông suất cực đại

Số vòng quay ứng với

công suất cực đại

Momen cực đạiTốc độ ứng với momen

cực đạiSuất tiêu hao nhiên liệu

nhỏ nhất khi đầy tảiChiều quay của động cơ

Hệ thống bôi trơn

Hệ thống làm mát

Hệ thống khởi độngTrọng lượngDài x rộng x cao

DS

4401400÷1600196

Ngược chiều kimđồng hồCưỡng bứcBằng nước kiểu tuầnhoàn cưỡng bứcBằng điện570(966 x 600 x 937)

mmmmlít

kW)rad/phút

N.mrad/phútg/kW).h

Kgmm

3.3 THÂN MÁY

Thân máy được làm từ hợp kim chịu bền và có độ cứng vững cao, trên thânmáy có khoan các đường dầu bôi trơn, các lỗ để làm gối đỡ trục khuỷu, trục cam,các lỗ để bắt bulông siết chặt các bộ phận khác của động cơ trên thân máy, các áonước để làm mát xilanh động cơ Xilanh là các ống hình trụ có thể tháo rời ra được,các ống lót này được lắp chặt trên thân máy nhờ những rãnh trên thân và các vòngđệm cao su (2 )

Hình 3.4 Sơ đồ lắp ghép thân máy.

1- Hộp bánh răng 2- Khối xilanh

3- Ống lót xilanh 4- Vỏ bọc bánh đà

5- Phớt chặn dầu 6- Giá đỡ trục khuỷu

7- Cacte D- Tấm đệm mối ghép

Hình 3.5 Ống lót xilanh.